JP2005301062A - 光源装置及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源からの光を偏光変換して供給する場合に高い効率で光を供給することができる光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供すること。
【解決手段】所定面Ｓ上の発光領域３３１から光を供給する発光部２０１と、所定の入射位置４２０に入射する発光部２０１からの光を特定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換素子４０８をアレイ状に設けた偏光変換素子アレイ２０３と、を有し、偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１からの光の入射位置４２０が、発光部２０１の発光領域３３１に対応するように形成される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、光源装置及びプロジェクタ、特に、固体光源を用いる光源装置の技術に関する。

固体光源である発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ」という。）は、小型かつ軽量な発光体である。例えばプロジェクタの光源装置にＬＥＤを用いると、プロジェクタの小型化及び軽量化を特に促進できると考えられる。ＬＥＤは、近年の開発により発光輝度が著しく向上している上、長寿命かつ低消費電力であるという特徴も有する。ＬＥＤは、駆動電流の制御によって、点灯及び消灯、発光量の調整を高速に行うことも可能である。これらのことから、ＬＥＤは、プロジェクタの光源装置に用いるのに適している。

液晶型空間光変調装置を備えるプロジェクタは、入射光の偏光状態を変換することで変調を行う。液晶型空間光変調装置を用いる場合、光源装置からの光を液晶型空間光変調装置で変調可能な特定の振動方向の偏光光に変換することで、明るい投写像を得ることが可能になる。入射光を特定の振動方向の偏光光に変換するためには、例えば、偏光ビームスプリッタと位相板とを備える偏光変換素子を用いることができる。プロジェクタにおいてＬＥＤと偏光変換素子とを用いる技術としては、例えば、特許文献１に提案されているものがある。

特開２００２−２４４２１１号公報

プロジェクタでは、光源と空間光変調装置とを含めた光学系において、有効に扱える光束が存在する空間的な広がりを面積と立体角の積（エテンデュー、Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ Ｅｘｔｅｎｔ）として表すことができる。この面積と立体角の積は、光学系において保存される。空間光変調装置が有効に変調可能な光の取り込み角度には限りがある。このため、光源の空間的な広がりが大きくなると、光源からの光束を有効に用いることが困難となる。これに対して、上記の特許文献１に提案される技術は、１つの光束を２つに分離して偏光変換を行うものである。光源装置からの光束は、２つに分離することで略２倍の領域に広がってしまう。特に、光源装置に複数のＬＥＤを用いる場合、ＬＥＤの数量に比例して光源の発光面積が大きくなる。ＬＥＤの数量に比例して光源の発光面積が大きくなることから、ＬＥＤの数量を多くしても光源からの光束が有効に利用されず、明るい光を供給することが困難になる。特許文献１に開示されている構成においてさらにＬＥＤを稠密に配置すると、偏光変換素子アレイに取り込まれない光が増加することで光利用効率が低下してしまう。このように従来の技術によりＬＥＤと偏光変換素子アレイとを組み合わせて用いる場合、光源装置からの光を有効に用いることが困難であるという問題がある。

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、固体光源からの光を偏光変換して供給する場合に高い効率で光を供給することができる光源装置、及びその光源装置を用いるプロジェクタを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明によれば、所定面上の発光領域から光を供給する発光部と、所定の入射位置に入射する発光部からの光を特定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換素子をアレイ状に設けた偏光変換素子アレイと、を有し、偏光変換素子アレイは、発光部からの光の入射位置が、発光部の発光領域に対応するように形成されることを特徴とする光源装置を提供することができる。

通常、固体光源の発光部、例えば発光チップは、電極等に対応する非発光領域を有する。発光部は、所定面である射出面のうち、非発光領域以外の発光領域から光を供給する。偏光変換素子には、例えば、特定の振動方向の偏光光を透過し、特定の振動方向と略直交する振動方向の偏光光を反射する偏光ビームスプリッタを用いることができる。偏光ビームスプリッタは、入射光のうち特定の振動方向の偏光光を透過してそのまま射出側へ進行させる。また、特定の振動方向と略直交する振動方向の偏光光は、偏光ビームスプリッタで反射することで光路をシフトさせる。そして、光路をシフトさせて進行した光は、位相板で振動方向を９０°変換することで、特定の振動方向の偏光光となって射出する。偏光変換素子アレイの入射位置を発光部の発光領域に対応して形成することにより、発光部からの光のうち偏光変換素子を透過する光は、発光部の発光領域に対応して透過する。また、発光部からの光のうち偏光変換素子で振動方向を９０°変換して射出する光は、偏光変換素子アレイへの入射位置から光路がシフトすることで発光部の非発光領域に対応して射出する。

このように、発光部の発光領域に対応して偏光変換素子アレイの入射位置を設けると、偏光変換素子アレイの入射位置からそのまま透過する光は、発光部の発光領域に対応する領域に射出する。また、偏光変換素子アレイの入射位置から光路がシフトして射出する光は、発光部の非発光領域に対応する領域に射出する。従って、発光部の発光領域に対応して偏光変換素子アレイの入射位置を設けると、偏光変換素子アレイからの光束は、発光部の射出面に対応する領域に広がることとなる。このようにして、光源装置は、発光部の射出面に対応する領域より広い領域に射出光が広がることを低減できる。また、発光部の発光領域に対応して偏光変換素子アレイの入射位置を形成することにより、偏光変換素子アレイで光がけられることを低減し、発光部からの光を効率良く偏光変換素子アレイに入射可能な構成にできる。さらに、複数の固体光源を設ける場合に固体光源を稠密に配置することが可能であるから、光源の空間的な広がりを低減することもできる。このようにして光源装置からの光束の広がりを低減すること、発光部からの光を効率良く偏光変換素子アレイに入射できることにより、光源装置からの光を有効に利用することが可能になる。これにより、固体光源からの光を偏光変換して供給する場合に高い効率で光を供給することができる光源装置を得られる。さらに、発光部の発光領域に対応して偏光変換素子アレイの入射位置を設けることで、発光部の発光パターンに由来する光量むらを低減し、略均一な光量分布の光を供給することもできる。

また、本発明の好ましい態様によれば、偏光変換素子アレイは、発光部の射出側近傍に設けられることが望ましい。発光部の射出側近傍に偏光変換素子アレイを設けると、発光部からの光が射出方向で拡散する前に偏光変換素子アレイに入射可能な構成にできる。また、偏光変換素子アレイからの光束は、発光部の射出面と略同じ面積の領域に広がることとなる。このようにして、光源装置は、偏光変換によって発光部の射出面より大きい領域に射出光が広がることを低減できる。これにより、発光部からの光の拡散を低減し、かつ偏光変換素子アレイの入射位置と、発光部の発光領域とを対応させることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、偏光変換素子アレイは、照明対象物の入射側近傍に設けられることが望ましい。照明対象物の入射側近傍に偏光変換素子アレイを設けると、偏光変換素子アレイから射出する光が拡散する前に照明対象物に入射可能な構成にできる。また、偏光変換素子アレイを照明対象物の入射側近傍に設ける場合、偏光変換素子アレイは、照明対象物に対応して略同一の大きさで構成することが可能となる。これにより、発光部からの光の拡散を低減し、かつ偏光変換素子アレイを大型で製造が容易な構成にできる。

また、本発明の好ましい態様としては、発光部と偏光変換素子アレイとの間の光路内にレンズ系を有し、レンズ系は、発光部の像を偏光変換素子アレイの入射端面の位置に結像させ、かつ、発光部からの光により偏光変換素子アレイをテレセントリックに照明させることが望ましい。偏光変換素子アレイからの光束は、照明対象物の入射面と略同じ面積の領域に広がる。そして、レンズ系を用いて偏光変換素子アレイの入射端面の位置に発光部の像を結像させることにより、偏光変換素子アレイの入射位置と、発光部の発光領域とを対応させる。これらより、光源装置は、発光部からの光束を効率良く照明対象物に入射させる構成にできる。

また、レンズ系を用いて偏光変換素子アレイをテレセントリックに照明させることにより、偏光変換素子アレイには、主光線が光軸に略平行である光が入射する。偏光変換素子アレイは、入射端面に対して垂直に近い光ほど有効に偏光変換できる角度特性を持つ。このことから、光軸に対して垂直に偏光変換素子アレイを配置する場合、レンズ系の作用により、効率良く偏光変換を行うことができる。さらに、偏光変換素子アレイから射出された光がそのまま照明対象物である空間光変調装置へ入射することにより、空間光変調装置でけられる光を低減することもできる。発光部からの光を効率良く偏光変換すること、及び空間光変調装置でけられる光を低減することで、さらに効率良く光を利用することができる。これにより、偏光変換素子アレイの入射位置と、発光部の発光領域とを対応させ、高い光利用効率の光源装置を得られる。

さらに、本発明によれば、光を供給する光源装置と、光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、光源装置は、上記の光源装置であることを特徴とするプロジェクタを提供することができる。上記の光源装置を用いることにより、高い効率で明るく均一な光を供給することができる。これにより、明るく高品質な投写像のプロジェクタを得られる。

以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るプロジェクタ１００の概略構成を示す。本実施例では、まずプロジェクタ１００の全体の概略構成について説明し、次いで、特徴部分である光源装置の構成について説明する。プロジェクタ１００は、第１色光であるＲ光を供給するＲ光用光源装置１０１Ｒと、第２色光であるＧ光を供給するＧ光用光源装置１０１Ｇと、第３色光であるＢ光を供給するＢ光用光源装置１０１Ｂとを有する。

Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光のＲ光を供給する。Ｒ光用光源装置１０１ＲからのＲ光は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、液晶パネル１１５Ｒと、第１偏光板１１６Ｒと、第２偏光板１１７Ｒとを有する。

第１偏光板１１６Ｒは、ｐ偏光光のＲ光を透過し、液晶パネル１１５Ｒに入射させる。液晶パネル１１５Ｒは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｒは、液晶パネル１１５Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光を射出する。このようにして、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒは、Ｒ光用光源装置１０１ＲからのＲ光を画像信号に応じて変調する。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒでｓ偏光光に変換されたＲ光は、クロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｇ光用光源装置１０１Ｇは、特定の振動方向の偏光光、例えばｓ偏光光のＧ光を供給する。Ｇ光用光源装置１０１ＧからのＧ光は、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇに入射する。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、液晶パネル１１５Ｇと、第１偏光板１１６Ｇと、第２偏光板１１７Ｇを有する。

第１偏光板１１６Ｇは、ｓ偏光光のＲ光を透過し、液晶パネル１１５Ｇに入射させる。液晶パネル１１５Ｇは、ｓ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｐ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｇは、液晶パネル１１５Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光を射出する。このようにして、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇは、Ｇ光用光源装置１０１ＧからのＧ光を画像信号に応じて変調する。Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇでｐ偏光光に変換されたＧ光は、Ｒ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

Ｂ光用光源装置１０１Ｂは、特定の振動方向の偏光光、例えばｐ偏光光のＢ光を供給する。Ｂ光用光源装置１０１ＢからのＢ光は、Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂに入射する。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光を画像信号に応じて変調する透過型の液晶表示装置である。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、液晶パネル１１５Ｂと、第１偏光板１１６Ｂと、第２偏光板１１７Ｂとを有する。

第１偏光板１１６Ｂは、ｐ偏光光のＢ光を透過し、液晶パネル１１５Ｂに入射させる。液晶パネル１１５Ｂは、ｐ偏光光を画像信号に応じて変調し、ｓ偏光光に変換する。第２偏光板１１７Ｂは、液晶パネル１１５Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光を射出する。このようにして、Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂは、Ｂ光用光源装置１０１ＢからのＢ光を画像信号に応じて変調する。Ｂ光用空間光変調装置１１０Ｂでｓ偏光光に変換されたＢ光は、Ｒ光及びＧ光とは異なる面からクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。

色合成光学系であるクロスダイクロイックプリズム１１２は、２つのダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを有する。ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、Ｘ字型に直交して配置される。ダイクロイック膜１１２ａは、ｓ偏光光であるＲ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。ダイクロイック膜１１２ｂは、ｓ偏光光であるＢ光を反射し、ｐ偏光光であるＧ光を透過する。このように、クロスダイクロイックプリズム１１２は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒ、Ｇ光用空間光変調装置１１０Ｇ、及びＢ光用空間光変調装置１１０Ｂでそれぞれ変調されたＲ光、Ｇ光及びＢ光を合成する。投写レンズ１３０は、クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光をスクリーン１４０に投写する。

ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂは、通常、ｓ偏光光の反射特性に優れる。このため、本実施例のように、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂでそれぞれ反射すべきＲ光及びＢ光は、ｓ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。また、ダイクロイック膜１１２ａ、１１２ｂを透過すべきＧ光は、ｐ偏光光となってクロスダイクロイックプリズム１１２に入射するように設定される。

次に、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの構成について説明する。本発明において、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの特徴的部分の構成は同一である。従って、本実施例、及び以下の実施例において、Ｒ光用光源装置の構成を例として説明を行うものとする。図２は、Ｒ光用光源装置１０１Ｒの断面構成を示す。Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、基板２０２上に発光部２０１を実装している。発光部２０１は、固体発光素子であるＬＥＤの発光チップである。

図３は、発光部２０１の射出面Ｓの構成を示す。発光部２０１は、所定面である射出面Ｓに、発光領域３３１と非発光領域３３２とを有する。発光領域３３１は、短冊形状をなしている。発光領域３３１の短冊形状は、射出面Ｓの矩形形状の一辺に対応する一方向に長手方向を有する。そして、４つの発光領域３３１は、短冊形状の長手方向に略直交する方向に並列して設けられている。非発光領域３３２は、各発光領域３３１の周辺に設けられている。非発光領域３３２は、発光部２０１の電極等に対応する領域である。発光領域３３１は、発光部２０１の射出面Ｓのうち、非発光領域３３２以外の部分を占める領域である。発光部２０１は、所定面である射出面Ｓ上の発光領域３３１からＲ光を供給する。なお、発光部２０１の発光領域３３１及び非発光領域３３２は、図３に示す配置以外の配置としても良い。例えば、発光領域３３１の形状を短冊形状以外の形状としても良く、４つ以上、又は４つ以下の発光領域３３１を設ける構成としても良い。

図１に戻って、発光部２０１の射出側近傍には、偏光変換素子アレイ２０３が設けられている。Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、偏光変換素子アレイ２０３を発光部２０１の上に設けている。発光部２０１及び偏光変換素子アレイ２０３は、透明部材からなるパッケージ２０５により基板２０２上に封止されている。パッケージ２０５は、例えば透明な硝子部材や樹脂部材により構成されている。

パッケージ２０５は、発光部２０１及び偏光変換素子アレイ２０３を基板２０２上に封止するほか、基板２０２に対して略垂直な中心軸方向に発光部２０１からの光を強く放出させるレンズの役割も有する。なお、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、パッケージ２０５を設けない構成としても良い。パッケージ２０５を設けない場合、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、発光部２０１及び偏光変換素子アレイ２０３を外部に露出して構成される。

次に、図４及び図５を用いて、高い効率で光を供給可能とする光源装置の構成について説明する。図４は、偏光変換素子アレイ２０３の断面構成を示す。偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１の射出面Ｓ（図３参照）に対応する矩形形状を有する。偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１の発光領域３３１（図３参照）と同様に一方向に長手方向を有する短冊形状の面を有する偏光変換素子４０８を、アレイ状に設けて構成されている。偏光変換素子４０８は、それぞれ単独の偏光ビームスプリッタ４１４と、λ／２位相板４１５とから構成される。なお、図４において単独の偏光変換素子４０８は、太線で表す範囲を示す。

偏光ビームスプリッタ４１４は、２つの直角三角形を、直角部分が互い違いとなるように貼り合わせたような形状を有する。図４に示す断面構成において偏光ビームスプリッタ４１４の２つの直角三角形の斜辺に相当するそれぞれの面には、偏光膜４１１、反射膜４１３がそれぞれ形成されている。偏光変換素子アレイ２０３は、複数の偏光ビームスプリッタ４１４を貼り合せて構成することにより、偏光膜４１１と反射膜４１３とが交互に設けられている。λ／２位相板４１５は、偏光変換素子４０８の射出端面のうち、反射膜４１３に対応する位置に設けられている。

偏光膜４１１は、偏光変換素子４０８の入射端面のうち、偏光膜４１１に対応する入射位置４２０から入射する光のうち、特定の振動方向の偏光光であるｐ偏光光を透過する。また、偏光膜４１１は、入射位置４２０から入射する光のうち、特定の振動方向と略直交する振動方向の偏光光であるｓ偏光光を反射する。反射膜４１３は、偏光膜４１１で反射されたｓ偏光光を反射する。ｓ偏光光は、偏光ビームスプリッタ４１４に設けられる偏光膜４１１及び反射膜４１３の作用により、ｐ偏光光とは異なる光路を取るようにシフトして進行する。そして、光路をシフトさせて進行したｓ偏光光は、そのままλ／２位相板４１５に入射する。λ／２位相板４１５は、反射膜４１３からのｓ偏光光の振動方向を９０°変換することにより、ｓ偏光光をｐ偏光光に変換する。このようにして、偏光変換素子４０８は、所定の入射位置４２０に入射する発光部２０１からのＲ光を、特定の振動方向の偏光光に変換して射出する。

図５は、発光部２０１の構成と偏光変換素子アレイ２０３の構成との対応を示す。上述のように、偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１の上に設けられる。そして、図５に示すように、偏光変換素子アレイ２０３は、入射位置４２０が発光部２０１の発光領域３３１と重なり合うように形成されている。偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０は、発光部２０１の発光領域３３１と同一のパターンで形成されている。また、偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０は、発光部２０１の発光領域３３１と略同一の面積の領域を有する。このように、偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１からの光の入射位置４２０が、発光部２０１の発光領域３３１に対応するように形成されている。また、偏光変換素子アレイ２０３の入射端面のうち入射位置４２０以外の領域、即ち射出側にλ／２位相板４１５が設けられている部分は、発光部２０１の非発光領域３３２に対応している。

偏光変換素子アレイ２０３は、所定の入射位置４２０に入射する発光部２０１からのＲ光を、特定の振動方向の偏光光に変換して射出する。発光部２０１の発光領域３３１に対応して偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０を設けると、入射位置４２０からそのまま透過する偏光光は、発光部２０１の発光領域３３１に対応する領域に射出する。また、偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０からシフトして射出する光は、発光部２０１の非発光領域３３２に対応する領域に射出する。

従って、発光部２０１の発光領域３３１に対応して偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０を設けると、偏光変換素子アレイ２０３からの光束は、発光部２０１の射出面Ｓと略同じ面積の領域に広がることとなる。このようにして、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、偏光変換素子アレイ２０３における偏光変換によって発光部２０１の射出面Ｓより広い領域に射出光が広がることを低減できる。Ｒ光用光源装置１０１Ｒからの光は、広い領域に広がることが低減されることで、プロジェクタ１００で有効に利用することができる。

また、発光部２０１の発光領域３３１に対応して偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０を形成することにより、偏光変換素子アレイ２０３の入射端面で光がけられることを低減できる。このため、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、発光部２０１からの光を効率良く偏光変換素子アレイ２０３に入射可能な構成にできる。このようにしてＲ光用光源装置１０１Ｒは、光束の広がりを低減すること、発光部２０１からの光を効率良く偏光変換素子アレイ２０３に入射できることにより、光を有効に利用することが可能になる。さらに、Ｒ光用光源装置１０１Ｒは、発光部２０１の射出側近傍に偏光変換素子アレイ２０３を設ける構成であるから、発光部２０１からの光が射出方向で拡散する前に偏光変換素子アレイ２０３に入射させることができる。

これにより、Ｒ光用光源装置１０１Ｒにおいて、固体光源からの光を偏光変換して供給する場合に高い効率で光を供給することができるという効果を奏する。また、発光部２０１の発光領域３３１に対応して偏光変換素子アレイ２０３の入射位置４２０を設けることで、発光部２０１の発光パターンに由来する光量むらを低減し、略均一な光量分布の光を供給することもできる。

Ｂ光用光源装置１０１Ｂは、Ｒ光用光源装置１０１Ｒと同一の振動方向の偏光光であるｐ偏光光を供給する。また、Ｇ光用光源装置１０１Ｇは、Ｒ光用光源装置１０１Ｒの振動方向とは略直交する振動方向の偏光光であるｓ偏光光を供給する。Ｇ光用光源装置１０１Ｇ、Ｂ光用光源装置１０１Ｂについても、高い効率で光を供給するための構成は、Ｒ光用光源装置１０１Ｒと同様である。これにより、Ｇ光用光源装置１０１Ｇ、Ｂ光用光源装置１０１Ｂにおいても、Ｒ光用光源装置１０１Ｒと同様に、高い効率で明るく均一な光を供給することができる。これにより、プロジェクタ１００を用いて明るく高品質な投写像を得ることができるという効果を奏する。

なお、各光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、複数の固体光源を設ける構成としても良い。この場合、複数の固体光源は、稠密に配置することができる。複数の固体光源を稠密に配置可能であると、複数の固体光源を設ける場合であっても、光源の空間的な広がりを低減することができる。また、偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１に積層して設ける場合に限られない。偏光変換素子アレイ２０３は、発光部２０１の射出側近傍に設けられる構成であれば良く、例えば、発光部２０１との間に間隔や透明部材からなる構造体等を設けても良い。この場合、偏光変換素子アレイ２０３は、入射端面において発光部２０１の発光領域３３１からの光が到達する位置に入射位置４２０を対応させることで、本実施例と同様の効果を得られる。

図６は、本発明の実施例２に係る光源装置であるＲ光用光源装置６６０Ｒの概略構成を示す。本実施例の光源装置は、上記実施例１に係るプロジェクタ１００に適用することができる。上記実施例１のプロジェクタ１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例の光源装置は、偏光変換素子アレイを、照明対象物である空間光変調装置の入射側近傍に設けることを特徴とする。

Ｒ光用光源装置６６０Ｒは、Ｒ光用固体光源６０１Ｒ、レンズ系６０８、６０９、及び偏光変換素子アレイ６０３を有する。Ｒ光用固体光源６０１Ｒは、上記実施例１のＲ光用光源装置１０１Ｒから偏光変換素子アレイ２０３を取り除いた構成を有する。偏光変換素子アレイ６０３は、Ｒ光用光源装置６６０Ｒの照明対象物であるＲ光用空間光変調装置１１０Ｒの入射側近傍に設けられている。偏光変換素子アレイ６０３は、上記実施例１の偏光変換素子アレイ２０３（図４参照）と同様の基本構成を有する。偏光変換素子アレイ６０３は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒの入射面に重なり合うように設けられている。このため、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒと略同一の大きさで構成されている点が、上記実施例１の偏光変換素子アレイ２０３とは異なる。

Ｒ光用光源装置６６０Ｒは、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒの入射側近傍に偏光変換素子アレイ６０３を設けると、偏光変換素子アレイ６０３から射出する光が拡散する前にＲ光用空間光変調装置１１０Ｒに入射させることができる。なお、偏光変換素子アレイ６０３とＲ光用空間光変調装置１１０Ｒとは、互いに所定の間隔で配置しても良く、間隔を設けず接合して設けても良い。

レンズ系６０８、６０９は、Ｒ光用固体光源６０１Ｒの発光部２０１と偏光変換素子アレイ６０３との間の光路内に設けられている。ここでは便宜上、レンズ系６０８、６０９は、それぞれが所定の機能を担う第１のレンズ６０８と第２のレンズ６０９とで構成されるものとして説明を行う。レンズ系６０８、６０９は、第１のレンズ６０８の焦点と第２のレンズ６０９の焦点とが同一の位置Ｍとなるように配置されている。このため、第１のレンズ６０８と第２のレンズ６０９とは、第１のレンズ６０８の焦点距離ｆ１と第２のレンズ６０９の焦点距離ｆ２とを合わせた距離間隔で配置されている。

レンズ系６０８、６０９は、発光部２０１の像を偏光変換素子アレイ６０３の入射端面Ｓｉｎの位置に結像させる。発光部２０１は、Ｒ光用固体光源６０１Ｒの射出側に設けられたパッケージ２０５のレンズ効果により、虚像が形成される。レンズ系６０８、６０９は、発光部２０１の虚像と偏光変換素子アレイ６０３の入射端面Ｓｉｎとを共役関係にする。従って、発光部２０１と偏光変換素子アレイ６０３の入射端面Ｓｉｎとは物像関係にある。なお、Ｒ光用固体光源６０１Ｒにパッケージ２０５を設けない場合は、レンズ系６０８、６０９は、発光部２０１そのものと偏光変換素子アレイ６０３の入射端面Ｓｉｎとを共役にするように設けられる。

偏光変換素子アレイ６０３からの光束は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒの入射端面と略同じ面積の領域に広がる。そして、レンズ系６０８、６０９を用いて偏光変換素子アレイ６０３の入射端面Ｓｉｎの位置に発光部２０１の像を結像すると、発光部２０１の発光領域からのＲ光を偏光変換素子アレイ６０３の入射位置に入射させることができる。このようにして、本実施例のＲ光用光源装置６６０Ｒは、上記実施例１の光源装置と同様に、偏光変換素子アレイ６０３の入射位置と発光部２０１の発光領域とを対応させることができる。

また、第２のレンズ６０９は、レンズ系６０８、６０９から射出する光の主光線が光軸ＡＸに対して略平行となるようにして、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒをテレセントリックに照明する。このため、レンズ系６０８、６０９は、発光部２０１からのＲ光により偏光変換素子アレイ６０３をテレセントリックに照明させる機能も有する。偏光変換素子アレイ６０３は、入射端面Ｓｉｎに対して垂直に近い光ほど有効に偏光変換できる角度特性を持つ。このことから、本実施例のように光軸ＡＸに対して入射端面Ｓｉｎが垂直となるように偏光変換素子アレイ６０３を配置する場合、レンズ系６０８、６０９の作用により、効率良く偏光変換を行うことができる。

さらに、偏光変換素子アレイ６０３から射出される光は、光軸ＡＸ方向にそのまま進行して、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒに入射する。Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒも、入射端面に対して垂直に近い光ほど有効に変調する特性を持つ。このことから、Ｒ光用光源装置６６０Ｒは、レンズ系６０８、６０９の作用により、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒで有効に変調可能なＲ光を供給することができる。これにより、偏光変換素子アレイ６０３の入射位置と、発光部２０１の発光領域とを対応させ、高い効率で明るい光を供給することができるという効果を奏する。また、偏光変換素子アレイ６０３から射出する光が拡散する前にＲ光用空間光変調装置１１０Ｒに入射させることで、発光部２０１からのＲ光の拡散を低減できる。

偏光変換素子アレイ６０３は、Ｒ光用空間光変調装置１１０Ｒに対応して略同一の大きさで構成することが可能となる。これにより、偏光変換素子アレイ６０３を大型で製造が容易な構成にできるという効果を奏する。なお、上述のように、レンズ系６０８、６０９は、２つのレンズにより構成する場合に限らず、２つ以上のレンズにより構成することができる。また、レンズ系６０８、６０９は両凸レンズのみによる構成に限らず、例えば、両凸レンズと両凹レンズとの組合せで構成することもできる。

図７は、本発明の実施例３に係るプロジェクタ７００の概略構成を示す。上記実施例１のプロジェクタ１００と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施例のプロジェクタ７００は、単独の空間光変調装置７１０を有する、いわゆる単板式プロジェクタである。Ｒ光用光源装置１０１ＲからのＲ光は、レンズＬＮを透過してクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。Ｇ光用光源装置１０１ＧからのＧ光は、レンズＬＮを透過してクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。Ｂ光用光源装置１０１ＲからのＢ光は、レンズＬＮを透過してクロスダイクロイックプリズム１１２に入射する。プロジェクタ１００は、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの像を投写レンズ１３０の入射瞳の位置に結像し、空間光変調装置７１０をケーラー照明する。

クロスダイクロイックプリズム１１２は、色合成を行うほか、各色光を拡散することで、各色光の光量分布を略均一にする。クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された光は、導光光学系であるロッドインテグレータ７１５に入射する。クロスダイクロイックプリズム１１２を射出した各色光は、ロッドインテグレータ７１５においても、光量分布が略均一となるように均一化される。ロッドインテグレータ７１５は、断面が略矩形の透明な硝子部材からなる。ロッドインテグレータ１０５に入射した光は、硝子部材と空気との界面において全反射を繰り返しながらロッドインテグレータ１０５の内部を進行する。

ロッドインテグレータ７１５としては、硝子部材から構成するものに限らず、内面を反射面で構成する中空構造としても良い。内面を反射面とするロッドインテグレータの場合、ロッドインテグレータに入射した光は、反射面において反射を繰り返しながらロッドインテグレータの内部を進行する。また、ロッドインテグレータは、硝子部材と反射面とを組み合わせる構成としても良い。クロスダイクロイックプリズム１１２及びロッドインテグレータ７１５で光量分布を略均一にされた各色光は、空間光変調装置７１０に入射する。空間光変調装置７１０は、上記実施例１の各色光用空間光変調装置と同様の、透過型液晶表示装置である。空間光変調装置７１０で変調された光は、投写レンズ１３０によりスクリーン１４０に投写される。

本実施例のプロジェクタ７００は、単独の空間光変調装置７１０を用いて変調する構成である。このため、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、振動方向がいずれも同一の偏光光を供給する。また、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、画像信号に応じて色ごとに駆動する空間光変調装置７１０と同期するように、順次点灯する。各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを用いることで、上記実施例１のプロジェクタ１００と同様に、明るく高品質な投写像を得ることができる。なお、導光光学系としては、ロッドインテグレータ７１５に限らず、例えばフライアイレンズを用いても良い。

（変形例）
図８は、実施例３の変形例に係るプロジェクタ８００の概略構成を示す。本実施例のプロジェクタ８００は、ロッドインテグレータに代えて、レンズＬＮ１及びレンズＬＮ２を有することを特徴とする。レンズＬＮ１は、上記のプロジェクタ７００（図７参照）のレンズＬＮと同様に、光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂとダイクロイックプリズム１１２との間の光路中に設けられている。レンズＬＮ２は、クロスダイクロイックプリズム１１２と空間光変調装置７１０との間の光路中に設けられている。Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光は、それぞれレンズＬＮ１を透過した後クロスダイクロイックプリズム１１２で合成される。クロスダイクロイックプリズム１１２で合成された各色光は、クロスダイクロイックプリズム１１２から射出した後レンズＬＮ２に入射する。

レンズＬＮ１及びレンズＬＮ２は、上記実施例２のレンズ系と同様に、各色光により空間光変調装置７１０をテレセントリックに照明するレンズ系として機能する。レンズ系ＬＮ１、ＬＮ２は、上記実施例２のレンズ系とは配置が異なるのみで、上記実施例２のレンズ系と構成や機能は同様である。空間光変調装置７１０は、テレセントリック照明により各色光を有効に変調することができる。

さらに、上記実施例１で説明したように、各色光用光源装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、光量分布を略均一にした光を供給可能である。光量分布が略均一な光によりテレセントリック照明を行うことで、ロッドインテグレータを用いなくても、光量分布を略均一にした光を供給することができる。ロッドインテグレータを用いないことから、プロジェクタ８００を簡易な構成にできる。これにより、簡易な構成で明るく高品質な投写像を得ることができる。

なお、上記実施例３のプロジェクタ７００、８００は、上記実施例１と同様の光源装置を用いる構成に限らず、上記実施例２と同様の光源装置を用いる構成としても良い。上記実施例２と同様の光源装置を用いる場合、偏光変換素子アレイは、空間光変調装置７１０の入射側近傍に設けることができる。実施例３のプロジェクタ７００、８００は、各色光を合成してから空間光変調装置７１０に入射させる構成である。このため、偏光変換素子アレイは、空間光変調装置７１０と同様に各色光につき単独で設ける構成にできる。

上記各実施例の光源装置は、ＬＥＤに代えて、例えばＥＬ素子や半導体レーザ等の他の固体光源を用いても良い。また、プロジェクタに用いる空間光変調装置は、透過型液晶表示装置に限らず、反射型液晶表示装置やティルトミラーデバイスを用いても良い。

以上のように、本発明に係る光源装置は、液晶型空間光変調装置と共に用いられるプロジェクタの光源装置として適している。

本発明の実施例１に係るプロジェクタの概略構成図。 光源装置の断面構成図。 発光部の射出面の構成図。 偏光変換素子アレイの断面構成図。 発光部の構成と偏光変換素子アレイの構成との対応の説明図。 本発明の実施例２に係る光源装置の概略構成図。 本発明の実施例３に係るプロジェクタの概略構成図。 実施例３の変形例に係るプロジェクタの概略構成図。

符号の説明

１００ プロジェクタ、１０１Ｒ Ｒ光用光源装置、１０１Ｇ Ｇ光用光源装置、１０１Ｂ Ｂ光用光源装置、１１０Ｒ Ｒ光用空間光変調装置、１１０Ｇ Ｇ光用空間光変調装置、１１０Ｂ Ｂ光用空間光変調装置、１１２ クロスダイクロイックプリズム、１１２ａ、１１２ｂ ダイクロイック膜、１１５Ｒ、１１５Ｇ、１１５Ｂ 液晶パネル、１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂ 第１偏光板、１１７Ｒ、１１７Ｇ、１１７Ｂ 第２偏光板、１３０ 投写レンズ、１４０ スクリーン、２０１ 発光部、２０２ 基板、２０３ 偏光変換素子アレイ、２０５ パッケージ、３３１ 発光領域、３３２ 非発光領域、４０８ 偏光変換素子、４１１ 偏光膜、４１３ 反射膜、４１４ 偏光ビームスプリッタ、４１５ λ／２位相板、４２０ 入射位置、６０１Ｒ Ｒ光用固体光源、６０３ 偏光変換素子アレイ、６０８、６０９ レンズ系、６６０Ｒ Ｒ光用光源装置、ＡＸ 光軸、Ｓｉｎ 入射端面、ｆ１、ｆ２ 焦点距離、７００ プロジェクタ、７１０ 空間光変調装置、７１５ ロッドインテグレータ、ＬＮ レンズ、８００ プロジェクタ、ＬＮ１、ＬＮ２ レンズ系

Claims (5)

1. 所定面上の発光領域から光を供給する発光部と、
   所定の入射位置に入射する前記発光部からの光を特定の振動方向の偏光光に変換して射出する偏光変換素子をアレイ状に設けた偏光変換素子アレイと、を有し、
   前記偏光変換素子アレイは、前記発光部からの光の前記入射位置が、前記発光部の前記発光領域に対応するように形成されることを特徴とする光源装置。
2. 前記偏光変換素子アレイは、前記発光部の射出側近傍に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記偏光変換素子アレイは、照明対象物の入射側近傍に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記発光部と前記偏光変換素子アレイとの間の光路内にレンズ系を有し、
   前記レンズ系は、前記発光部の像を前記偏光変換素子アレイの入射端面の位置に結像させ、かつ、前記発光部からの光により前記偏光変換素子アレイをテレセントリックに照明させることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 光を供給する光源装置と、
   前記光源装置からの光を画像信号に応じて変調する空間光変調装置と、
   前記空間光変調装置で変調された光を投写する投写レンズと、を有し、
   前記光源装置は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光源装置であることを特徴とするプロジェクタ。

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